Excel和CurveExpert在物理实验数据处理中的应用
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摘要：实验在中学物理学习中非常重要，它不仅是物理学中概念、定理、结论的源泉，更可激发学生的物理学习兴趣.学生在得到实验数据后，对数据的处理是实验教学中相当重要的一步.本文介绍excel图表和curveexpert曲线拟合两种方法进行处理数据，得到直观的结果，这有助于学生深刻地理解公式、掌握原理.
关键字：实验数据处理 Excel图表 CurveExpert曲线拟合
实验是物理教学中必须掌握的课程,其目的就是通过实验激发学生对物理的兴趣，培养学生严谨的科学思维和理论联系实际的能力，以深刻理解并掌握物理的原理、公式和结论,同时在进行实验过程中得到一定的技能.实验数据的处理是实验教学过程中重要的一个环节，可以采用纸笔作图或计算器来计算的人工方法,但是这种传统的处理方法不仅费时费力，而且容易出错.随着计算机的普及，可以利用计算机辅助软件进行处理.
一般来说，学生对图象的印象比较深刻，Excel是常用的办公软件，它不仅具有列表统计的作用，还可以进行数值分析，具有数据绘图等功能，其自带的库函数也特别丰富，这非常有利于实验数据的处理.CurveExpert是一个广泛适用的曲线适配，通过它可以快速分析已知数据最适合哪种曲线，并能推算出对应的方程，给出数据的标准差、相关系数等.用Excel图表和CurveExpert曲线拟合软件在处理数据时简便易行，可以迅速准确地根据大量数据作出相应的曲线，将复杂的数据直观地反映出来，这样有助于学生找到其中蕴涵的物理规律，更好地掌握物理知识.下面就以中学物理中的伏安曲线为例，说明怎样使用Excel图表和CurveExpert曲线拟合软件对数据进行处理.
中学物理中的伏安曲线公式为U=E-Ir.根据实验测量结果，将数据记录在Excel表中，如下表.
在Excel表中选定这些数据后单击菜单栏中插入图表，根据视图向导选择“XY散点图”类型，单击下一步，选中数据区域的数据即可创建表1中的曲线.接下来对该曲线进行一下设置，输入图表标题为“伏安曲线”，在横轴坐标输入“电压U”，纵轴坐标输入“电流I”，这样就建立了图表.要想使图表中的曲线看起来更直观，可以对坐标轴进行适当的调整.在菜单中选择“坐标轴格式”，在其弹出的对话框中可以根据实际需要进行设置.在“刻度”标签中，设定最大值和最小值，纵坐标的设定方法也是一样.在图表的数据点上右击即可添加“趋势线格式”，选择合适的趋势线类型，得到路端电压和电流的关系式：y=-0.1281x+1.4134.根据对应的伏安公式：U=E-Ir，可以得出电压电动势为1.4134V，内电阻r=0.1281Ω.这样就快捷地得到实验结果并可形象地看出电压、电流的直接关系.当然，后面还可以对图表进行美化加工，如对文字和字体大小、颜色、网格线等进行设置，最后得出满意的伏安特性曲线.
CurveExpert曲线拟合软件是在打开该软件后，出现主窗口，在主窗口数据栏中输入X,Y的值，分别对应电压U和电流I，在其左下角的数据栏中便会实时显示数据.输入数据后，选择菜单栏中的“拟合”，在对话框中可以看到有多种拟合方式，线性拟合、二次多项式拟合、n阶多项式拟合、指数拟合、幂数拟合等.通过选择各种拟合方式，经比较发现线性拟合出的曲线最贴近实验数据，这些数据就以线性的方式拟合曲线，其中的小圆圈就代表原数据.
点击该线性拟合曲线可看大图.在大图的左上角点击图标Info，即可查到该拟合曲线的详细信息，有线性拟合的公式及其系数，还有协方差、标准差和相关系数.当标准差越接近0，意味着按照这种拟合方式得出的曲线和数据点越适配.当选择指数曲线拟合时，会发现有几个点明显偏离了轴线，偏离的程度也是显而易见的.而在使用线性曲线进行拟合时，误差就很小，在注释中显示线性回归成功，表明了线性拟合的正确性.由CurveExpert曲线拟合软件得到伏安曲线公式：y=-0.1280636x+1.413369.使用该软件分析这些数据，不仅成本低，而且方便准确.
由以上结果可以看到，两种方法都可以很方便准确地处理伏安特性曲线实验的数据，处理后的结果一致，得出的曲线都形象直观.Excel软件是常用的办公软件，一般的电脑系统里都会自带，基本上不需要再安装.当然CurveExpert也很方便下载，软件很小，安装起来特别方便.其中由CurveExpert曲线拟合可以有多种拟合曲线，根据拟合后的曲线进行比较，从中选择最合适的.在选中一种拟合方式后，直接点击即可出来结果，不需要再进行添加“趋势线格式”和选择多少前项和后项，而且拟合出的结果更加近似，在曲线的效果图上可以一目了然地看到标准点误差的大小，就这点而言，比用Excel得出的曲线更优.对于分析重要的、要求精度高的实验数据，可以采用CurveExpert拟合软件，对于一般实验数据的处理，这两种方法都可以.